Review of basic equations for evaluating drilling efficiency

• Autorzy: Mehtiyev Rafail K. , Tanriverdiyev Yusif A.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.10.05

Warianty tytułu

PL

Przegląd podstawowych równań oceny wydajności wiercenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main goal of the reviewed article is to provide statistically determined relationships between the parameters of disintegration processes and the properties of rocks. The results of theoretical and experimental studies are discussed and analysed in the article. In relation to drilling, the formulas of drilling speed, depending on various parameters as an indicator that fully reflects the efficiency of the process, are given and compared. Thus, the drilling speed for percussion drilling is related to the characteristics of the rock and, at the same time, taking into account the constructional characteristics of the drilling tool. In percussion drilling, a new formula for drilling speed is presented, considering each impact and the frequency of the impact. The expression for the drilling speed was determined taking into account the degree of crushing of the rock matrix during drilling. Thus, the drilling speed is determined by considering the contact strength of the rock being drilled in the mechanical drilling method. The distribution of the stress state in the drilling zone was determined. Also, the shape and development characteristics of the cracks formed in the rock during the operation of the drilling tool (especially the dynamic percussions of the tool in the bottom zone of the well) were investigated. It should be noted that the energy intensity of the drilling process in the rock was determined by studying the next stages of the process of breaking the rock. The technical and economic indicators of the drilling works have been evaluated. Corresponding mathematical formulas are presented as a reliable calculation of drilling rates. The relevant mechanical and geophysical properties of the excavated rocks were considered. In the article, the drilling tools are selected depending on the drilling method, physical-mechanical properties of the rocks and geological conditions of the rock mass. The results of the obtained studies can be used in the design of the technological parameters of the drilling. The observations and results expressed in the article have a theoretical and practical aspect.

PL

Głównym celem recenzowanego artykułu jest przedstawienie statystycznie określonych zależności między parametrami procesów rozwiercania a właściwościami skał. W artykule omówiono i przeanalizowano wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych. W odniesieniu do wiercenia podano i porównano wzory prędkości wiercenia w zależności od różnych parametrów jako wskaźnika w pełni odzwierciedlającego efektywność procesu. Zatem prędkość wiercenia przy wierceniu udarowym jest związana z charakterystyką skały i jednocześnie uwzględnia cechy konstrukcyjne narzędzia wiertniczego. Dla wiercenia udarowego przedstawiono nowy wzór na prędkość wiercenia uwzględniający każde uderzenie i częstotliwość uderzenia. Wyrażenie na prędkość wiercenia wyznaczono z uwzględnieniem stopnia zmiażdżenia matrycy skalnej podczas wiercenia. Tak więc prędkość wiercenia jest określana z uwzględnieniem wytrzymałości kontaktowej skały wierconej metodą wiercenia mechanicznego. Określono rozkład stanu naprężeń w strefie wiercenia. Zbadano również kształt i charakterystykę pęknięć powstających w skale podczas pracy narzędzia wiertniczego (zwłaszcza dynamicznych udarów narzędzia w strefie dennej otworu). Należy zaznaczyć, że energochłonność procesu wiercenia w skale została wyznaczona poprzez badanie kolejnych etapów procesu kruszenia skały. Tym samym dokonano oceny wskaźników techniczno-ekonomicznych prac wiertniczych. Odpowiednie wzory matematyczne przedstawiono jako rzetelny schemat obliczania postępu wiercenia. Uwzględniono odpowiednie właściwości mechaniczne i geofizyczne wydobytych skał. W artykule dokonano doboru narzędzi wiertniczych w zależności od metody wiercenia, właściwości fizyko-mechanicznych skał oraz warunków geologicznych górotworu. Wyniki uzyskanych badań mogą być wykorzystane w projektowaniu parametrów technologicznych prac wiertniczych. Przedstawione w artykule obserwacje i wyniki mają aspekt teoretyczny i aplikacyjny.

Słowa kluczowe

EN

rock matrix; compressive stress; tensile stress; rock strength; drilling velocity; hardness coefficient of rock

PL

matryca skalna; naprężenie ściskające; naprężenie rozciągające; wytrzymałość skały; prędkość wiercenia; współczynnik twardości skały

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 10
• Strony: 670--677
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Mehtiyev Rafail K.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Tanriverdiyev Yusif A.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

Bibliografia

• Baron L.I., 1977. Gornotechnologische porodovedenie. The subject and methods of research, 324.
• Guan Z., Chen T., Liao H., 2021. Theory and Technology of Drilling Engineering. Springer Nature Singapore, 557.
• Hu Y., Cui H., Gao J., 2022. Research on Pore Pressure Detection While Drilling Based on Mechanical Specific Energy. Processes,10(8): 1481. DOI: 10.3390/pr10081481.
• Huang W., Gao D., Liu Y., 2017. Prediction Model of Mechanical Extending Limits in Horizontal Drilling and Design Methods of Tubular Strings to Improve Limits. Mathematical Problems in Engineering, 4: 1–18. DOI: 10.1155/2017/2968231.
• Kutuzov B.N., 1972. Theory, technique and technology of drilling works. Nedra, 312.
• Latyshev О.G., 2007. Destruction of rocks. Teplotekhnik, 672.
• Liu Q., Zhao J., Zhu H., Zhang W., 2019. Mechanical Model of Drilling Robot Driven by the Differential Pressure of Drilling Fluid. Arabian Journal for Science and Engineering, 44(6):1447–1458. DOI: 10.1007/s13369-018-3578-3.
• Mazen A.Z., Rahmanian N., Mujtaba I.M., Hassanpour A., 2021. Effective mechanical specific energy: A new approach for evaluating PDC bit performance and cutters wear. Journal of Petroleum Science and Engineering, 196(3): 108030. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.108030.
• Nguyen H., Laurent G., Souchal R., Urbanczyk C., Fouchard C., 2016. Penetration rate prediction for percussive drilling with rotary in very hard rock. Journal of Science and Technology,54(1): 133–149. DOI: 10.15625/0866-708X/54/1/5956.
• Ostroushko I.A., 1966. Drilling of solid rock. Nedra, 240.
• Protasov Yu.I., 1985. Theoretical foundations of mechanical destruction of rocks. Nedra, 242.
• Rzhevsky V.V., Novik G.Ya., 2010. Fundamentals of rock physics: textbook. Kn. Дом ЛИБЕРКОМ, 360.
• Samsuri A. (eds.), 2018. Drilling Performance Optimization Based on Mechanical Specific Energy Technologies. Intechopen, 410. DOI: 10.5772/intechopen.75827.
• Shreiner L.A., 1950. Physical fundamentals of rock mechanics. Gostoptekhizdat, 246.
• Spivak A.I., 1967. Mechanics of rocks. Nedra, 240.
• Uspensky N.С., 1924. Course of deep drilling by percussive method. Sovneftprom, 216.
• Vozdvizhensky B.I., Melnichuk I.P., Peshalov Yu.A., 1973. Physical and mechanical properties of rocks and their influence on drilling efficiency. Nedra, 240.
• Wei M., Li G., Shi H. Shi S., Li Z., Zhang Y., 2016. Theories and Applications of Pulsed-Jet Drilling With Mechanical Specific Energy. SPE Journal, 21(1): 303–310. DOI: 10.2118/174550-PA.
• Zhang J., Yin S.X., 2017. Fracture gradient prediction: an overview and an improved method. Petroleum Science, 14(2): 720–730. DOI: 10.1007/s12182-017-0182-1.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).